СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2012, том 26, № 2, с. 106-116
_ ЗРИТЕЛЬНАЯ _
СИСТЕМA
УДК 612.843.1
ВЛИЯНИЕ КОСОГЛАЗИЯ И МОНОКУЛЯРНОЙ ДЕПРИВАЦИИ НА СТРУКТУРУ МЕЖПОЛУШАРНЫХ СВЯЗЕЙ В ПРОЕКЦИОННЫХ ЗРИТЕЛЬНЫХ ПОЛЯХ КОРЫ КОШКИ
© 2012 г. С. В. Алексеенко, П. Ю. Шкорбатова, С. Н. Топорова, С. Д. Солнушкин
Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6 Е-таИ: binocularity@yandex.ru
Поступила в редакцию 09.12.2011 г.
Цель данной работы - исследование и сравнение межполушарных связей у кошек с нарушениями бинокулярного зрения, вызванными ранним экспериментальным одно- и двусторонним сходящимся косоглазием и односторонней зрительной депривацией. Оценивали пространственное распределение меченых каллозальных клеток после микроионофоретического введения перокси-дазы хрена в глазодоминантные колонки полей 17, 18 и переходной зоны 17/18 коры. Преимущественный глазной вход колонок определяли по локализации меченых клеток в глазоспецифичных слоях дорсального ядра наружного коленчатого тела. Доминантный глаз у животных определяли по относительной разнице в оптической плотности слоев А и А1 после обработки срезов этого же подкоркового ядра гистохимическим методом выявления активности цитохромоксидазы.
Обнаружена противоположная полушарная латерализация изменений каллозальных связей в зрительной коре при сходящемся косоглазии и при монокулярной депривации. В полушарии, контралатеральном доминантному глазу, выявлено расширение зоны каллозальных клеток при косоглазии и не обнаружено при депривации. Расширяется зона клеток, которые получают аффе-рентацию через перекрестные пути из доминантного глаза. Однако в полушарии, ипсилатераль-ном доминантному глазу, расширение зоны каллозальных клеток выявлено при депривации и не обнаружено при косоглазии. Расширяется зона клеток, которые получают афферентацию через неперекрестные пути из недепривированного глаза.
Предполагается, что пластические изменения межполушарных связей при монокулярной деприва-ции и при косоглазии происходят в разные периоды постнатального развития.
Ключевые слова: кошка, конвергентное косоглазие, монокулярная депривация, глазодоминантные колонки, каллозальные связи.
ВВЕДЕНИЕ
Косоглазие и катаракта в раннем постнатальном периоде развития приводят к утрате стереозрения, что обусловлено значительным уменьшением количества бинокулярных клеток в зрительной коре (Hubel, Wiesel,1965; Van Sluyters, Levitt, 1980; Freeman et al., 1982; Mower et al., 1982; Kalil et al., 1984). Такие изменения бинокулярного опыта часто вызывают и нарушение зрительного восприятия одним из глаз. Снижается острота зрения и контрастная чувствительность, сужается поле зрения, наблюдаются пространственные и временные искажения изображений объектов
(Fronius, Sireteanu, 1989; Baumer, Sireteanu, 2006). Нейронные механизмы таких нарушений до конца не выяснены.
В нейрофизиологических опытах на животных показано, что при монокулярной депривации путем сшивания век (экспериментальная модель катаракты) уменьшается количество регистрируемых корковых клеток, которые получают афферентацию из депривированного глаза. Предполагается, что снижение активности этих клеток обусловлено низкой освещенностью сетчатки, а также отсутствием оформленной стимуляции (Loop, Sherman, 1977; Fregnac, Imbert, 1984; Hubel, Wiesel, 2005).
При косоглазии, несмотря на то, что оба глаза получают структурированную зрительную стимуляцию сходной интенсивности, количество корковых клеток, получающих афферентацию из отклоненного глаза, также бывает снижено (Kalil et al., 1984; Sireteanu et al., 1993). Предполагается, что это обусловлено влиянием неспецифического торможения центрального происхождения, локус которого пока не определен (Mower et al., 1982; Crewther, Crewther, 1993; Sengpiel, Blakemore, 1996; Kumagami et al., 2000; Di Stefano, Gargini, 1997; Mori et al., 2002). Из данных клинических исследований известно, что подавление активности одного глаза при косоглазии является одним из возможных способов предотвращения двоения или противоречащих сигналов из сетчаток, наряду с чередующейся фиксацией и аномальной корреспонденцией (Кропман, 1966; Рожкова, Матвеев, 2007).
Различия в уровне активности клеток, которые получают афферентацию из разных глаз, еще более увеличиваются при этих видах нарушений бинокулярного опыта вследствие существующих между этими клетками тормозных влияний. Такие тормозные бинокулярные взаимодействия наблюдаются в дорсальном ядре наружного коленчатого тела (НКТд) между клетками глазоспецифичных слоев и в коре между клетками чередующихся глазодоминантных (ГД) колонок левого и правого глаз. В результате сдвиг глазного доминирования в сторону более активного глаза сопровождается также изменением размеров рецептивных полей клеток, их функциональных свойств (пространственной разрешающей способности, ориента-ционной настройки, предпочитаемой скорости движения), нарушением синхронизации нейронной активности, уменьшением размеров сомы зрительных клеток НКТд, сетчатки (Chino et al., 1983; Löwel, Singer, 1992; Roelfsema et al., 1994; Milleret, Houzel, 2001; Daw, 2006)
Различия в активности клеток отражаются и на протяженности их связей. В поле 17 коры увеличивается протяженность горизонтальных связей клеток, иннервируемых из интактного глаза, и уменьшается протяженность связей клеток отклоненного глаза (Шкорбатова и др., 2006). Внутриполушарные горизонтальные связи имеют клетки ГД колонок обоих глаз, поэтому для выявления связей отдельных колонок требуется локальность введения маркера. Для изучения процессов взаимодействия глаз при нарушении бинокулярного зрения более удобными в методическом отношении являются межполушарные связи. В норме такие связи детально исследованы
у кошки (рис. 1). Прямые, т.е. не опосредованные интернейронами, межполушарные связи в полях 17 и 18 имеют клетки только ГД колонок ипси-латерального глаза, а в переходной зоне 17/18 -клетки колонок контралатерального глаза. При этом межполушарно связаны клетки, получающие вход из одного и того же глаза. Источником билатеральных проекций в полушария является зона назотемпорального перекрытия сетчатки (Stone, 1966).
В данной работе проводится сравнение пластических изменений межполушарных связей клеток, получающих афферентные входы из разных глаз, в зрительной коре кошек со сходящимся косоглазием и монокулярно депривированных кошек. Частично данные были опубликованы (Алексеен-ко и др., 2005; 2011).
МЕТОДИКА
Работа проведена с соблюдением основных биоэтических правил обращения с экспериментальными животными. Котятам в возрасте 8-14 дней сшивали веки одного глаза или методом тенотомии наружных глазных мышц отклоняли один или оба глаза в медиальную сторону. После выращивания в нормальной зрительной среде до возраста 4-5 мес. кошкам микроионофоретически вводили ретроградно транспортируемый маркер пероксидазу хрена (ПХ) в вертикальные колонки корковых полей 17, 18 и переходной зоны между ними. Методика введения, гистохимической обработки срезов мозга и реконструкции областей меченых клеток подробно описана ранее (Шкор-батова и др., 2006). Диаметр зоны введения ПХ в коре (менее 250 мкм) не превышал размеров одной глазодоминантной колонки коры (Hubel, Wiesel, 2005).
Глазной вход инъецированных колонок определяли по локализации ретроградно меченых клеток в глазоспецифичных слоях А и А1 ипсила-терального НКТд. При определении местоположения инъецированных колонок и меченых кал-лозальных клеток руководствовались данными о цитоархитектонических и послойных особенностях полей 17, 18 коры (Payne, 1990). Координаты колонок в проекции поля зрения определяли по зрительно-топическим картам корковых полей (Tusa et al., 1981). При этом координаты колонок поля 18 оценивали по локализации центра области внутриполушарно меченых клеток в поле 17, имеющего больший фактор увеличения. Извест-
Левое полуполе Правое полуполе
зрения зрения
5 4 3 2 1 а б в г д
\ \ __________
Горизонтальный меридиан
Слой А Слой А1
Слой А Спой А1
Правый глаз
Наружное коленчатое тело
Переходная зона 17/18
Зрительная кора
Левое полушарие
Правое полушарие
Рис. 1. Схема, иллюстрирующая проекции полей зрения глаз в зрительных структурах мозга кошки и прямые межполушар-ные связи глазодоминантных колонок коры.
Связи поля 18 (не показаны) организованы аналогично связям поля 17. МИН - медиальное интерламинарное ядро. Серые и белые полоски на фронтальном срезе коры - глазодоминантные колонки левого и правого глаз.
но, что нейронные связи между полями 17 и 18 ретинотопически согласованы.
Доминантный (фиксирующий) глаз у животных с нарушениями бинокулярного зрения определяли по различиям в окраске глазоспецифичных слоев А и А1 обоих НКТд на фронтальных срезах мозга после их обработки гистохимическим методом выявления активности цитохромоксидазы (ЦО) (Wong-Riley, 1979). Этот фермент дыхательной цепи локализован в митохондриях клеток, и его активность коррелирует с активностью клеток. Конвергентное косоглазие, вызванное методом тенотомии внешних глазных мышц, сходно с паралитическим косоглазием, при котором обычно наблюдается подавление активности одного из глаз (Cynader, Harris, 1980). Наиболее важно было определить доминантный глаз у кошек с двусторонним косоглазием. Оценку относительной разницы в оптической плотности слоев А НКТд проводили при использовании программного обеспечения, разработанного С.Д. Солнушкиным.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Работа проведена на экспериментальном материале, полученном при введении нейронного маркера в десять колонок коры у кошек с односторонним косоглазием, 12 колонок у кошек с двусторонним косоглазием и девять колонок у монокулярно депривированных кошек. Для сравнения использовали данные введения ПХ в 18 колонок коры у интактных кошек.
Инъецированные колонки были расположены в разных частях каллозальной зоны (таблица 1) и представляли на карте поля зрения участки от -37° до +5° вдоль вертикали. При этом удаленность по горизонтали от проекции нулевого вертикального меридиана у колонок полей 17, 18 была до 20°, т.е. превышала норму (до 7°)
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.